(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子形燃料電池用の電極触媒層であって、
１）前記触媒層は、厚み方向に貫通する複数の亀裂を有しており、
２）前記各亀裂の幅は、前記触媒層の一方面側Ａより他方面側Ｂが狭くなっており、
３）前記触媒層の一方面側Ａの開口率が２〜５０％であり、
４）一方面側Ａの各亀裂の最大幅が１〜２０μｍである、
ことを特徴とする電極触媒層。
【請求項２】
電極触媒層の厚みが１〜３５μｍである、請求項１に記載の電極触媒層。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電極触媒層が、他方面側Ｂが転写基材に接するように、前記転写基材上の少なくとも一方面上に積層されてなる、触媒層−電解質膜積層体製造用転写シート。
【請求項４】
転写基材と電極触媒層との間に離型層が介在されてなる、請求項３に記載の転写シート。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の電極触媒層が、一方面側Ａが電解質膜に接するように、前記電解質膜の少なくとも一方面上に積層されてなる、触媒層−電解質膜積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極触媒層、触媒層−電解質膜積層体製造用転写シート及び触媒層−電解質膜積層体に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質膜の両面に触媒層を配置し、水素等の燃料ガスと空気等の酸化ガスの電気化学反応により発電するシステムである。燃料電池は、発電時に発生するのは水のみであり、従来の内燃機関と異なり、二酸化炭素等の環境負荷ガスを発生しない為、次世代のクリーンエネルギーシステムとして注目されている。
【０００３】
固体高分子形燃料電池は、電解質膜層として水素イオン伝導性高分子電解質膜を用い、その両面に触媒層を配置し、次いでその両面に電極基材を配置し、更にこれらをセパレータで挟んだ構造となっている。電解質膜層の両面に触媒層を配置したものは触媒層−電解質膜積層体と呼ばれ、また、その両面に電極基材を配置したものは、電極−電解質膜積層体と称されている。
【０００４】
この電極の一方に燃料（水素）を、他方に酸化剤（空気）をそれぞれ供給すると、電極(燃料極)触媒上で水素がプロトンと電子とに分かれる。この水素イオンは電解質膜内を通じて、電子は外部回路を通じて、電極(空気極)触媒へ移動する。その触媒上で、酸素、電子及び水素イオンが反応して水が生成される。この生成水は、反応ガスと共にガス流路を通って排水される。また、水素イオンの電解質膜内の移動については電解質膜を高い湿度状態に保つ必要があるため、燃料ガス及び空気は加湿された状態で供給される。
【０００５】
これにより、固体高分子形燃料電池は水が過剰に存在し、触媒層中の空隙を閉塞し、ガスの流通性能の低下等が生じる。
【０００６】
そこで、水を速やかに触媒層から排出し、ガスの流通性能を向上するために、さまざま方法が提案されている。
【０００７】
例えば、触媒層を分割して分割触媒部を形成すると共に分割触媒部の間に隙間を設けた燃料電池が提案されている（特許文献１）。
【０００８】
また、触媒層のガス拡散層と接触する面から、触媒層の内部に向かって燃料ガス又は空気が流通する空隙を有した燃料電池が提案されている（特許文献２）。
【０００９】
しかしながら、特許文献１では、分割触媒部の間の隙間が互いに連通している。このため、空気極の三相界面で発生する生成水が隙間を通って特定の部分に集中的に溜まり、ガスの流通性能が局所的に極端に低下する問題がある。また、分割触媒部を小さくしようとした場合には分割触媒部が割れ易くなり、電解質膜から剥離する問題がある。
【００１０】
特許文献２では、触媒層の面内（表面）の空隙を規定することにより、電池性能を制御している。しかしながら、触媒層内に含まれる触媒担持炭素は多孔質であるため、かかる触媒担持炭素自体も空隙を有する。よって、触媒層における空隙は触媒担持炭素の空隙も考慮する必要があり、触媒層の面内の空隙を規定するだけでは、電池性能を制御することは困難である。
【特許文献１】特開２００３−７７４８０号公報
【特許文献２】特開２００２−２７０１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明は、これら従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、生成水を速やかに電極触媒層から排出でき、ガスの良好な流通性能を有し、優れた電池性能を有する燃料電池を製造できる電極触媒層を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、上記従来技術の問題点に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、特定の構成を有する電極触媒層を用いることによって上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明は、下記に示す触媒電極層、触媒層−電解質膜積層体製造用転写シート及び触媒層−電解質膜積層体に係る。
【００１４】
１．固体高分子形燃料電池用の電極触媒層であって、
１）前記触媒層は、厚み方向に貫通する複数の亀裂を有しており、
２）前記各亀裂の幅は、前記触媒層の一方面側Ａより他方面側Ｂが狭くなっており、
３）前記触媒層の一方面側Ａの開口率が２〜５０％であり、
４）一方面側Ａの各亀裂の最大幅が１〜２０μｍである、
ことを特徴とする電極触媒層。
【００１６】
２．電極触媒層の厚みが１〜３５μｍである、請求項１に記載の電極触媒層。
【００１７】
３．請求項１又は２に記載の電極触媒層が、他方面側Ｂが転写基材に接するように、前記転写基材上の少なくとも一方面上に積層されてなる、触媒層−電解質膜積層体製造用転写シート。
【００１８】
４．転写基材と電極触媒層との間に離型層が介在されてなる、請求項３に記載の転写シート。
【００１９】
５．請求項１又は２に記載の電極触媒層が、一方面側Ａが電解質膜に接するように、前記電解質膜の少なくとも一方面上に積層されてなる、触媒層−電解質膜積層体。
【００２０】
電極触媒層
本発明の電極触媒層は、
１）前記触媒層は、厚み方向に貫通する複数の亀裂を有しており、
２）前記各亀裂の幅は、前記触媒層の一方面側Ａより他方面側Ｂが狭くなっており、
３）前記触媒層の一方面側Ａの開口率が２〜５０％である、
ことを特徴とする。
【００２１】
本発明の亀裂の平面図の一例を図１に示す。図１のように、本発明は、複数の亀裂が不規則に連続又は不連続に存在している。
【００２２】
本発明の亀裂の断面図の一例を図２に示す。図２のように、本発明の亀裂は実質的に触媒層の一方面側Ａより他方面側Ｂが狭くなっている。（以下、触媒層表面において、亀裂の幅が広い方の表面側を「一方面側Ａ」と、亀裂の幅が狭い方の表面側を「他方面側Ｂ」とする。）
本発明の触媒層の一方面側Ａの開口率は、２〜５０％程度であることを必須とする。好ましくは、３〜４０％程度である。なお、本発明の開口率とは、一方面側Ａの写真を取り込み、その写真を２値化（白／黒）し、各面積率（％）を算出して決定されるものである。２値化は、写真の色彩を２５５段階に分割し、０〜５０までを触媒層部分、５１〜２５５までを触媒層が存在しない部分（亀裂部分）と判断する。この亀裂部分の面積率を開口率という。写真は、デジタルマイクロスコープによって撮影されたものである。
【００２３】
上記のような複数の亀裂を有し、かつ特定の開口率を有することにより、本発明の触媒層は、燃料ガス及び空気等のガスの流通性能が向上する。また、一方面側Ａで発生する水を他方面側Ｂに速やかに排出できる。これらにより、本発明の触媒層を用いると、良好な最大出力密度等の優れた電池性能を有する燃料電池を製造できる。
【００２４】
各亀裂の最大幅は、一方面側Ａでは、通常０．１μｍ〜２０μｍ程度、好ましくは１μｍ〜１５μｍ程度である。他方面側Ｂでは、通常０．０５μｍ〜１５ｍ程度、好ましくは０．５μｍ〜１０μｍ程度である。
【００２５】
膜厚は、通常１μｍ〜３５μｍ程度であり、好ましくは１０μｍ〜２５μｍ程度である。
【００２６】
触媒層は、触媒担持炭素粒子及び水素イオン伝導性高分子電解質を含んでいればよい。
【００２７】
触媒としては、例えば、白金、白金化合物等が挙げられる。白金化合物としては、例えば、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、モリブデン、イリジウム、鉄等からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属と白金との合金が挙げられる。
【００２８】
一般的には、カソード触媒層として用いられる場合は、触媒粒子は白金であり、アノード触媒層として用いられる場合は上述した白金化合物である。
【００２９】
水素イオン伝導性高分子電解質としては、例えば、パ−フルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂、より具体的には、炭化水素系イオン交換膜のＣ−Ｈ結合をフッ素で置換したパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー（ＰＦＳ系ポリマー）等が挙げられる。電気陰性度の高いフッ素原子を導入することで、化学的に非常に安定し、スルホン酸基の解離度が高く、高いイオン伝導性が実現できる。このような水素イオン伝導性高分子電解質の具体例としては、デュポン社製の「Nafion」、旭硝子（株）製の「Flemion」、旭化成（株）製の「Aciplex」、ゴア（Gore）社製の「Gore Select」等が挙げられる。
【００３０】
配合割合は、触媒担持炭素粒子１重量部に対して、０．３〜３重量部程度とすればよく、好ましくは０．４〜２重量部である。
【００３１】
触媒層−電解質膜積層体製造用転写シート
本発明の触媒層−電解質膜積層体製造用転写シートは、上述した触媒層が、他方面側Ｂ（亀裂の幅が狭い面）が転写基材に接するように、前記転写基材上に積層されている。
【００３２】
転写基材としては、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリパルバン酸アラミド、ポリアミド（ナイロン）、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリエチレンナフタレート等の高分子フィルムを挙げることができる。
【００３３】
また、例えば、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体（ETFE）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（FEP）、テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（PFA）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）等の耐熱性樹脂を用いることもできる。
【００３４】
さらに転写基材は、高分子フィルム以外にアート紙、コート紙、軽量コート紙等の塗工紙、ノート用紙、コピー用紙等の非塗工紙であっても良い。
【００３５】
転写基材の厚さは、取り扱い性及び経済性の観点から通常６〜１００μｍ程度、好ましくは１０μｍ〜３５μｍ程度、より好ましくは１０μｍ〜2５μｍ程度とするのが良い。
【００３６】
従って、転写基材としては安価で入手が容易な高分子フィルムが好ましく、ポリエチレンテレフタレート等がより好ましい。
【００３７】
本発明において、電極触媒層と転写基材との間に離型層が介在していてもよい。
【００３８】
離型層は、例えば、ワックスから構成される。ワックスとしては、具体的には、石油系ワックス、植物系ワックス、動物系ワックス、鉱物系ワックス、合成系ワックス等を挙げることができる。本発明で用いられるワックスには、例えば、Ｃ１６〜Ｃ３２の脂肪酸とアルコールとのエステルが包含される。本発明において、これらワックスは、１種単独で又は２種以上混合して使用される。
【００３９】
本発明で用いられるワックスは、好ましくは融点が６０〜１４０℃、より好ましくは融点が６０〜１００℃の範囲にあるのがよい。
【００４０】
本発明において、好ましいワックスは植物系ワックスであり、より好ましいワックスはカルナウバワックス、カンデリラワックス等である。
【００４１】
離型層は、公知のフッ素系樹脂でコーティングされたプラスチックフィルム（例えば、ポリエチレンテレフタレート等のフィルム）からなっていてもよい。
【００４２】
離型層の厚さは、通常０．１μｍ〜３μｍ程度、好ましくは０．５μｍ〜１μｍ程度がよい。
【００４３】
転写基材上に離型層を形成させるに当たっては、所望の層厚になるように、上記ワックスを公知の方法に従い塗布するのがよい。また、塗布作業を容易にするために、ワックスを適当な溶剤に溶解又は分散して溶液又はエマルジョン液の形態で使用してもよい。塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ナイフコーター、バーコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷等の一般的な方法を適用できる。
【００４４】
また、転写基材上に離型層を構成する成分を公知の方法で押出することにより、転写基材上に離型層を形成させることもできる。
【００４５】
転写基材上に本発明の電極触媒層を形成させるに当たっては、例えば、（１）触媒担持炭素粒子及び（２）水素イオン伝導性高分子電解質を（３）適当な溶剤に混合し、分散してペースト状にしておき、このペーストを転写基材又は離型層上に塗布すればよい。
【００４６】
（１）触媒担持炭素、（２）水素イオン伝導性高分子電解質、転写基材及び離型層は上述したものが挙げられる。
【００４７】
使用する溶剤としては、例えば、アルコール類、エーテル類、各種ジアルキルスルホキシド類、水又はこれらの混合物が挙げられる。これらの溶剤の中でも、アルコール類が好ましい。アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、２−ブタノール、ｔ−ブタノール、イソブチルアルコール等の炭素数１〜４の一価アルコール、プロピレングリコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン等の各種の多価アルコール等が挙げられる。これらの溶剤は単独で用いてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。
【００４８】
ペーストを高粘度にする場合は、多価アルコールが広く使用できる。具体的には、イオン伝導性電解質との相溶性及びペーストとした場合の乾燥効率の観点から、例えば、プロピレングリコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等が好ましく、中でもプロピレングリコールが好適である。これらの粘度調整用溶剤は、１種単独で又は２種以上混合して使用される。
【００４９】
触媒層形成用ペースト組成物中に含まれる上記（１）〜（３）成分の割合は、限定されるものではなく、広い範囲内で適宜選択され得る。
【００５０】
例えば、触媒層形成用ペースト組成物中に、（１）の触媒担持炭素粒子を１重量部に対して、（２）成分が０．３〜３重量部（好ましくは０．４〜２重量部）、（３）成分が５〜５０重量部程度（好ましくは１０〜２５重量部）含まれているのがよく、残りが水である。水の割合は、通常、触媒担持炭素粒子に対して、等重量〜１０倍重量である。
【００５１】
ペースト組成物は、上記（１）〜（３）成分を混合することにより、製造される。（１）〜（３）成分の混合順序は、特に制限されない。例えば、（１）成分、（２）成分、（３）成分を順次又は同時に混合し、分散させることにより、ペースト組成物を調製できる。混合には、公知の混合手段を広く適用できる。
【００５２】
ペーストの塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ナイフコータ、バーコーター、スプレー、ディップコータ、スピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷などの一般的な方法を適用できる。
【００５３】
上記ペーストを塗布した後、乾燥することにより、本発明の触媒層が形成される。乾燥温度は、ワックスの融点以下が望ましく、通常４０〜１００℃程度、好ましくは６０〜８０℃程度である。乾燥時間は、乾燥温度にもよるが、通常３分〜２時間程度、好ましくは３０分〜１時間程度である。
【００５４】
これら、水素イオン伝導性高分子電解質の配合量、溶剤の種類及びその配合量、ペーストの塗布方法及び乾燥条件を適宜調製することにより、ペーストが乾燥する際に、厚み方向に貫通し、かつ、幅が、触媒層の一方面側Ａより他方面側Ｂが狭くなっている亀裂が複数生じることとなる。なお、上記方法により作製される転写シートは、亀裂の幅が狭い表面側Ｂが転写基材に接するように、触媒層が積層されている。
【００５５】
触媒層−電解質膜積層体
本発明の触媒層−電解質膜積層体は、上記触媒層の一方面側Ａが電解質膜に接するように、上記触媒層が当該電解質膜の少なくとも一方面上に積層されてなる。触媒層−電解質膜積層体は、電解質の少なくとも一方面上に、複数個の触媒層（好ましくは同一形状の複数個の触媒層）一定間隔で形成されていてもよい。
【００５６】
電解質膜は、公知のものである。電解質膜の膜厚は、通常２０μｍ〜２５０μｍ程度、好ましくは、２０μｍ〜８０μｍ程度である。電解質膜の具体例としては、デュポン社製の「Nafion」膜、旭硝子（株）製の「Flemion」膜、旭化成（株）製の「Aciplex」膜、ゴア（Gore）社製の「Gore Select」膜等が挙げられる。
【００５７】
本発明の触媒層が電解質膜積層体の両面に積層されている場合の電極層−電解質膜積層体を図３に示す。図３に示すように、電解質膜が適度な幅の亀裂を有し、かつ亀裂の幅が広い一方面側Ａが電解質膜に接合している構造を採用することにより、本発明の電極層−電解質膜積層体は、ガスの流通性能が向上する。また、生成水が触媒層内の特定の局部に留まることなく速やかに外部へ排出する。よって、本発明の電極層−電解質膜積層体を具備した燃料電池は、良好な最大密度出力等の優れた電池性能を発揮できる。
【００５８】
本発明の触媒層−電解質膜積層体は、例えば本発明転写シートの触媒層面が電解質膜面に対面するように転写シートを配置し、加圧した後、該転写シートの転写基材を触媒層面から剥離することにより製造される。この操作を２回繰り返すことにより、触媒層面が電解質膜の両面に積層された触媒層−電解質膜積層体が製造される。
【００５９】
加熱プレスの加圧レベルは、転写不良を避けるために、通常０．５〜２０ＭＰａ程度、好ましくは１〜１０ＭＰａ程度がよい。また、この加圧操作の際に、転写不良を避けるために加圧面を加熱するのが好ましい。加熱温度は、電解質膜５の破損、変性等を避けるために、通常２００℃以下、好ましくは１５０℃以下がよい。
【００６０】
電極−電解質膜接合体
電極−電解質膜接合体は、上記で製造された触媒層−電解質膜積層体の両面に電極基材を配置し、加圧することにより製造される。
【００６１】
電極基材は、公知であり、燃料極及び空気極を構成する各種の電極基材を使用できる。
【００６２】
加圧レベルは、通常０．１〜１００Ｍｐａ程度、好ましくは５〜１５Ｍｐａ程度がよい。この加圧操作の際に加熱するのが好ましく、加圧温度は通常１２０〜１５０℃程度でよい。
【発明の効果】
【００６３】
本発明の触媒層によれば、電極触媒層に、厚み方向に貫通する特定の複数の亀裂が形成されているため、ガスの流通性能に優れ、燃料ガス及び酸化剤を速やかに電解質膜表面に供給できる。また、生成水を局部に集中させることなく速やかに外部に排出するため、生成水が電極触媒層の亀裂を閉塞することがなくなる。
【００６４】
これらにより、本発明の触媒層を具備する燃料電池は、良好な最大出力密度等の優れた電池特性を発揮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
以下に実施例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００６６】
実施例１
（１）白金担持触媒(Ｐｔ：４６．５ｗｔ％、田中貴金属工業株式会社製、TEC10E50E)２０ｇをNafion溶液(Dupont製)２００ｇ及び２−プロパノール２００ｇ（キシダ化学製）に分散させることにより、触媒と電解質との重量比が２／１となる触媒層形成用ペーストを調整した。１２μmPETフィルム(東洋紡績株式会社製)に上記ペーストをドクターブレードにて２０ｇ／ｃｍ２となるように塗布してこれを８５℃で１０分間乾燥することにより、本発明のカソード極触媒層用転写シート（カソード極に用いる触媒層−電解質膜積層体製造用転写シート）を形成した。膜厚は１５μｍであった。２値化による触媒層部分の面積は７０．５％、亀裂部分の面積（開口率）は２９．５％であった。
【００６７】
得られた転写シートの触媒層表面（一方面側Ａ）及び断面を走査型顕微鏡（ＳＥＭ）及びエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）を用いて分析した。この結果を図４及び図５に示す。
（２）白金ルテニウム合金担持触媒(ＰｔＲｕ：５３．３ｗｔ％、田中貴金属工業株式会社製、TEC61E54)２０ｇをNafion溶液(Dupont製)２００ｇ及び２−プロパノール２００ｇに分散させることにより、触媒と電解質との重量比が２／１となる触媒層形成用ペーストを調整した。１２μmPETフィルム(東洋紡績株式会社製)に上記ペーストをドクターブレードにて２０ｇ／ｃｍ２塗布してこれを８５℃で１０分間乾燥することにより、本発明のアノード極触媒層用転写シート（アノード極に用いる触媒層−電解質膜積層体製造用転写シート）を形成した。膜厚は２５μｍであった。２値化による触媒層部分の面積は６０％、亀裂部分の面積（開口率）は４０％であった。
【００６８】
得られた転写シートの触媒層表面（一方面側Ａ）及び断面をＳＥＭ及びＥＤＸを用いて分析した。この結果を図６及び図７に示す。
（３）  （１）及び（２）で作製したカソード極触媒層用及びアノード極触媒層用転写シートを用い水素イオン伝導性高分子電解質膜(Dupont製)に熱プレスを施して実施例１の触媒層−電解質膜積層体を作製した。
【００６９】
得られた触媒層−電解質膜積層体のカソード触媒層表面（他方面側Ｂ）及びその断面をＳＥＭ及びＥＤＸを用いて分析した。この結果を図８及び図９に示す。
【００７０】
得られた触媒層−電解質膜積層体のアノード触媒層表面（他方面側Ｂ）及びその断面をＳＥＭ及びＥＤＸを用いて分析した。この結果を図１０及び図１１に示す。
【００７１】
実施例２
（１）  白金担持触媒２０ｇ(Ｐｔ：４６．５ｗｔ％、田中貴金属工業株式会社製、TEC10E50E)をNafion溶液(Dupont製)２００ｇ、３−ブタノール１００ｇ及び１−ブタノール１００ｇ（キシダ化学製）に分散させることにより、触媒と電解質の比が２／１になる触媒層形成用ペーストを調整した。１２μmPETフィルム(東洋紡績株式会社製)に上記ペーストをドクターブレードにて２０ｇ／ｃｍ２となるように塗布してこれを８５℃で１０分間乾燥することにより、本発明のカソード極触媒層用転写シートを形成した。膜厚は１５μｍであった。２値化による触媒層部分の面積は９６％。亀裂部分の面積（開口率）は４％であった。
（２）  白金ルテニウム合金担持触媒２０ｇ(ＰｔＲｕ：５３．３ｗｔ％、田中貴金属工業株式会社製、TEC61E54)をNafion溶液(Dupont製)２００ｇ及び２−プロパノール２００ｇに分散させることにより、触媒と電解質との重量比が１／１になる触媒層形成用ペーストを調整した。１２μmPETフィルム(東洋紡績株式会社製)に上記ペーストをドクターブレードにて２０ｇ／ｃｍ２となるように塗布してこれを８５℃で１０分間乾燥することにより、本発明のアノード極触媒層用転写シートを形成した。膜厚は１５μｍであった。２値化による触媒層部分の面積は７５％、亀裂部分の面積（開口率）は２５％であった。
（３）  （１）及び（２）で作製したカソード極触媒層用及びアノード極触媒層用転写シートを用い水素イオン伝導性高分子電解質膜(Dupont製)に熱プレスを施して実施例２の触媒層−電解質膜積層体を作製した。
【００７２】
比較例１
白金担持触媒２０ｇ(Ｐｔ：４６．５ｗｔ％、田中貴金属工業株式会社製、TEC10E50E)をNafion溶液(Dupont製)３３．３５ｇに分散させることにより、触媒と電解質の比が３／１になる触媒層形成用ペーストを調整した。１２μmPETフィルム(東洋紡績株式会社製)に上記ペーストをドクターブレードにて２０ｇ／ｃｍ２となるように塗布してこれを８５℃で１０分間乾燥することにより、比較例１のカソード極触媒層用転写シートを形成した。膜厚は２５μｍであった。２値化による触媒層部分の面積は４０％。亀裂部分の面積（開口率）は６０％であった。
【００７３】
比較例１のカソード極触媒層用転写シート及び実施例１のアノード極触媒層用転写シートを用い、水素イオン伝導性高分子電解質膜(Dupont製)に熱プレスを施して比較例１の触媒層−電解質膜積層体を作製した。
【００７４】
比較例２
白金ルテニウム合金担持触媒２０ｇ(ＰｔＲｕ：５３．３ｗｔ％、田中貴金属工業株式会社製、TEC61E54)をNafion溶液(Dupont製)３３．３５ｇ及び２−プロパノール２００ｇに分散させることにより、触媒と電解質との重量比が３／１になる触媒層形成用ペーストを調整した。１２μmPETフィルム(東洋紡績株式会社製)に上記ペーストをドクターブレードにて２０ｇ／ｃｍ２となるように塗布してこれを８５℃で１０分間乾燥することにより、比較例２のアノード極触媒層用転写シートを形成した。膜厚は２５μｍであった。２値化による触媒層部分の面積は３０％、亀裂部分の面積（開口率）は７０％であった。
【００７５】
比較例２のアノード極触媒層用転写シート及び実施例１のカソード極触媒層用転写シートを用い、水素イオン伝導性高分子電解質膜(Dupont製)に熱プレスを施して比較例２の触媒層−電解質膜積層体を作製した。
【００７６】
試験例１
以上のような方法で作製した実施例１〜２及び比較例１〜２の触媒層−電解質膜積層体を用いて電池を組み立てカソード極に合成空気を、アノード極に高純度水素を導入し、電池性能を測定した。測定結果を図１２に示す。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】図１は、本発明の電極触媒層の亀裂の平面図を示す。
【図２】図２は、本発明の電極触媒層の亀裂の断面図を示す。
【図３】図３は、本発明の電極触媒層が電解質膜の両面に積層されている場合の電極層−電解質膜積層体を示す
【図４】図４は、実施例１で得られたカソード極触媒層用転写シートの触媒層表面（一方面側Ａ）のＳＥＭ写真を示す。
【図５】図５は、実施例１で得られたカソード極触媒層用転写シートの触媒層の断面のＳＥＭ写真を示す。
【図６】図６は、実施例１で得られたアノード極触媒層用転写シートの触媒層表面（一方面側Ａ）のＳＥＭ写真を示す。
【図７】図７は、実施例１で得られたアノード極触媒層用転写シートの触媒層の断面のＳＥＭ写真を示す。
【図８】図８は、実施例１で得られたカソード極触媒層−電解質膜積層体表面（他方面側Ｂ）のＳＥＭ写真を示す。
【図９】図９は、実施例１で得られたカソード極触媒層−電解質膜積層体の断面のＳＥＭ写真を示す。
【図１０】図１０は、実施例２で得られたアノード極触媒層−電解質膜積層体表面（他方面側Ｂ）のＳＥＭ写真を示す。
【図１１】図１１は、実施例１で得られたアノード極触媒層−電解質膜積層体の断面のＳＥＭ写真を示す。
【図１２】図１２は、実施例１〜２及び比較例１〜２の電池の電圧−電流密度特性を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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